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【守初心 担使命】这个跨学科团队致力于推动清洁能源科技进步

作者 : 宣传部 赵深艳

日期 : 2021-09-13
摘要
2020年9月17日,国家自然科学基金委员会公布了2020年度国家自然科学基金项目评审结果。重庆大学能源与动力工程学院廖强教授牵头的“多相反应流传递与转化调控”群体成功入选国家自然科学基金创新研究群体。时隔一年,这个致力于学科交叉前沿和基础研究的团队在科研创新方面取得了哪些进展和突破?

2020年9月17日,国家自然科学基金委员会公布了2020年度国家自然科学基金项目评审结果。重庆大学能源与动力工程学院廖强教授牵头的“多相反应流传递与转化调控”群体成功入选国家自然科学基金创新研究群体。时隔一年,这个致力于学科交叉前沿和基础研究的团队在科研创新方面取得了哪些进展和突破?科研成果转化应用如何?

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“这一年,我们创新团队在基础研究和成果转化方面都取得了不错的成绩。在过程仿生、微流器件、可再生燃料、微藻能源等基础研究上有了进一步的突破;微藻沼液处理、电解水制氢、钢渣余热利用、新型变压器用散热器等技术的成果转化和市场应用也进展很快。”创新研究群体负责人廖强介绍道。

神奇微藻将畜禽养殖污水“变废为宝”

在位于荣昌区的重庆市畜牧科学院,有这样一个科研基地示范区,神奇的微藻正在将畜禽养殖污水“变废为宝”。

我国是畜禽养殖大国,随着养殖不断规模化、集约化发展,每年排放大量养殖废水,这些废水如果不能得到适当的处置,将对自然环境和人类健康造成严重威胁。国家自然科学基金创新研究群体廖强教授团队研究出的新型微藻处理沼液技术有望解决这一难题。

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在重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,恒温室里用各种器皿培养着绿色的微藻,只有微米级别大小的微藻就像一个细胞工厂,可以源源不断地把二氧化碳以及废水中的氮、磷等废弃物质转化为富含油脂、碳水化合物、蛋白质的生物质。

创新研究群体成员夏奡教授介绍,畜禽废水在处理过程中会产生大量沼液,其成分复杂,不能满足废水排放达标要求,需另外进行储存和处理。团队开发出的新型微藻处理沼液技术,利用微藻的生长过程,消耗沼液中的氨氮、磷和有机物等,实现废水的高效处理和营养物质的循环利用,同时还能得到大量微藻生物质能源,可以用作有机肥料、能源化工原料等,可实现真正意义上的“变废为宝”。

昂贵的氢燃料电池有望“飞入寻常百姓家”

凭借清洁、高比能量、高能量转换率、运行无噪音等优势,氢燃料电池被现代工业视为最理想、潜力最大的新能源技术。氢燃料电池汽车作为新能源汽车的主要技术路径之一,近年来发展势头迅猛。尽管如此,氢燃料电池汽车仍存在成本高的劣势,未来仍需进一步攻克相关技术难题,才能使其真正“飞入寻常百姓家”。

“地球上的氢元素虽然十分丰富,但主要以水的形式存在。”创新研究群体成员、化学化工学院院长魏子栋教授介绍,目前,电解水制氢因电费花费高导致其和化石燃料重整制氢相比,没有价格优势。然而,随着廉价可再生能源的普及和电解水催化剂的技术突破,基于可再生能源的电解水制氢,以及氢燃料电池是未来新能源技术的发展方向。

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“氢燃料电池同样面临降低成本的挑战。”魏子栋举例称,目前,先进的燃料电池仅使用一枚铂金戒指所含贵金属的量,就能推动一辆小轿车。尽管如此,但是铂的储量非常有限。开发高效、低成本、可持续的替换铂等贵金属的燃料电池技术是关键。“我们创新研究群体就是通过多学科交叉、多专家联合,跨领域联合攻关,以实现开发低成本电解水制氢和高性能氢燃料电池,助力可再生能源发展的目标。”

高温余热回收技术 让天空更蓝

高炉炼铁、铁水火红,除了炼出的钢铁,过程中产生的副产物高炉渣其实也是“宝”,蕴含着大量高温余热资源。如何能够在不消耗水和保证高品质渣的基础上回收余热,曾经是世界难题。创新研究团队成员、能动学院朱恂教授牵头的“液态熔渣高效热回收与资源化利用技术”,成功实现了用离心粒化法高效回收熔融高炉渣余热的全工艺流程,该技术出渣品质高,余热回收率高且无需用水,可谓一举三得,这在世界上属于首次。该技术能够为我国钢铁行业每年节能1400万吨标煤,减排二氧化碳3640万吨。

“离心粒化法是业界公认最有前景的处理方法。”朱恂介绍,离心粒化法的基本原理是利用高速旋转的粒化器,使得液态熔渣在离心力作用下被粒化成小液滴,并与空气或水进行直接或间接的高效换热。该技术理论上可获得小粒径渣粒且玻璃体含量高,熔渣的余热回收率在90%以上。此外,相比水淬渣,离心粒化法还可以节约干燥水渣的能量消耗,节能更显著。

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“在一次次艰难探索和不断试错过程中,我们逐渐攻克了各种核心技术难题,成功实现了离心粒化法余热回收技术。”团队成员王宏教授表示,这是世界上首次实现,是在该领域零到一的突破。

在重庆江津,项目已在重庆赛迪热工环保工程技术有限公司的工厂内建起了液态熔渣离心粒化及余热高效回收中试试验平台。该平台验证了离心粒化技术方案,验证了粒化单元、余热回收单元结构设计及全工艺流程运行,实现了熔渣粒化和余热高效回收,达到了预期效果。

廖强教授牵头的“多相反应流传递与转化调控”群体是重庆大学获得的第四个国家自然科学基金创新研究群体,是学校长期坚持多学科交叉基础前沿研究的结晶。

这是一个由多名具有交叉学科背景核心学术骨干强强联合组成的创新研究群体,工程热物理、生物工程、化学化工等学科交叉融合,将进一步面向我国能源革命和能源产业升级的挑战,开展复杂和极端条件下多相流传热强化与调控理论、微尺度多相传递与反应调控理论及技术、生物质多相反应过程传递调控及定向转化理论、自然生物系统传递及转化过程仿生理论及方法等方面开展原创性研究,进一步引领学科方向发展,取得世界一流的科研成果。